農作物病蟲發生級別與自然危害損失率關系辨析

李春廣，劉夢澤，湯金儀，姜玉英，趙中華，沈佐銳，程登發

（1.全國農業技術推廣服務中心，北京 100125；2.湖北省孝感市植保站，孝感 432000；3.中國農業大學農學與生物技術學院，北京 100193；4.中國農業科學院植物保護研究所，北京 100193）

農作物病蟲發生級別與其對應的自然危害損失率的準確判定是病蟲測報與危害損失評估的基礎性工作。病蟲發生級別的劃分是基于各地各種病蟲長期的歷史發生量數據以及病蟲危害損失率數據資料綜合權衡后確定的。由于病蟲種類繁多，在全國范圍內獲取、處理歷史數據的手段有限，加之早期歷史數據資料不夠全面系統，過去許多病蟲發生級別的制定存在著明顯的缺陷，目前還有許多病蟲尚無分級標準。關于病蟲自然危害損失率與發生級別之間的關系紛爭很多，我們沿用至今的1996年出版的植物保護統計手冊認為病蟲發生級別與其對應的自然危害損失率之間是線性關系，糧棉油作物病蟲害的第5級損失率分別按25%、50%、30%計算，級差分別為5%、10%、6%［1］，如糧食作物病蟲不防治時1～5 級自然危害損失率分別為5%、10%、15%、20%、25%，以5%的梯度等距線性變化。它會帶來兩方面的問題：一方面否認了同一作物不同病蟲相同發生級別危害損失之間的差異性，另一方面夸大了病蟲低級別的危害損失率。目前病蟲測報技術規范中，部分病蟲產量損失模型有直線關系、指數關系和對數關系［2］，關系不統一。這給農作物病蟲害發生程度準確分級以及病蟲危害損失評估和分解帶來許多問題，難以實施準確有效的數學運算，必須科學化、規范化。

1 病蟲最高發生級別（5級）的一般平均自然危害損失率

2013年，全國農技推廣服務中心在全國縣級范圍內征集了不同農作物病蟲5 級發生水平時的一般平均自然損失率數據Sz5，涉及300 多種病蟲害，共收集到1 248 個縣市的上報數據，占全國總縣數的43.6%，幾乎一半的縣級植保部門參加了此次調查。通過軟件篩選、綜合匯總分析各地的試驗與歷史經驗數據，大多數病蟲5級發生時的一般自然危害損失率在15%～45%之間。客觀上證實了相同發生級別的不同病蟲危害損失之間存在差異性。根據征集的不同病蟲的5級自然危害損失率數據來確立病蟲5 級發生量指標，才能使最高發生級別（5級）與其相對應的自然危害損失率準確對應，使測報標準的發生級別與實際情況不至于脫節。例如，2006 年出版的《農作物有害生物測報技術手冊》中定義，稻飛虱5 級發生量標準為自然損失率大于7%，或加權平均百叢蟲量超過1 600 頭［3］，這與在全國范圍征集的長江流域稻飛虱5 級發生的平均自然損失率40.8%差距很大。

2 病蟲內部發生級別之間自然危害損失率的關系

農作物病蟲害發生級別是依據各地各種病蟲長期的歷史發生量數據和危害損失率綜合權衡后確定的，其中危害損失率是確定病蟲發生級別的基礎性依據。病蟲5級發生量水平確定后，再依據一定的危害損失關系確定1～4級發生量水平。作為確定病蟲發生級別的危害損失，不同級別之間應該存在統一規范化的量化關系。不同病蟲5級自然危害損失率通過在全國范圍內征集獲取后，各病蟲內部發生級別之間的關系也必須明確。2014 年2 月28日，全國農業技術推廣服務中心在北京組織召開了核心專題會議，中國農業大學沈佐銳教授、中國農業科學院植物保護研究所程登發研究員、全國農業技術推廣服務中心測報處、防治處、標準信息處全體領導和專家，以及部分2009-2014年參加全國農作物病蟲危害損失評估試驗的重點基層植保站技術人員參會。會議一方面明確了相同發生級別的不同病蟲危害損失存在著差異性，另一方面明確了生產中主要農作物病蟲的發生量與自然危害損失率之間的純理論關系為邏輯斯蒂曲線（即S曲線）。由于農作物病蟲5 級發生的自然危害損失率大多在15%～45%之間，病蟲自然危害損失率與發生級別的關系處于邏輯斯蒂曲線前半段，近似為指數曲線［4］。考慮到病蟲2級發生水平時，發生程度接近防治經濟閾值，自然損失率為3%左右，大約1%～5%之間，綜合權衡擬合后，同一病蟲相鄰發生級別與對應的自然危害損失率近似為倍率關系。

3 病蟲發生程度的一般定性分級標準

在農作物病蟲測報工作實踐中，病蟲測報技術人員對病蟲發生程度1～5級的定性分級標準為：1級為輕發生，零星見病蟲，不需要化學防治，作物無明顯受害損失；2級為中等偏輕發生，病蟲發生量達防治經濟閾值水平左右，通過農藝和保護天敵等措施可控制危害，不防治可造成零星危害；3級為中等發生，病蟲不防治時會造成明顯損失（部分危害較輕的病蟲3級發生量也只是防治經濟閾值水平左右）；4級為中等偏重發生，需要重點普防，病蟲不防治時會造成較重損失；5 級為大發生，需要大面積普防，病蟲不防治時會造成嚴重損失。

4 病蟲1～5級相鄰發生級別間自然危害損失率為倍率指數曲線關系

在實際工作中，基層病蟲測報技術人員對病蟲發生級別的劃分，一方面依據發生量指標，另一方面存在著明顯的歷史經驗感知比較。人們對許多信息的感知與強度呈對數關系，如人們對聲音強弱的感覺與聲強的對數成正比，對亮度的感覺與光強的對數成正比，即等級與強度為指數曲線關系。

病蟲發生級別有5個等級，本身容許有一定的偏差范圍。綜合以上多方面考慮，可以確定病蟲發生級別與自然危害損失率為倍率指數曲線關系，這種關系統一規范化后，可大大簡化病蟲危害損失評估和分解的計算處理，使病蟲損失評估和計算能達到實用化程度，這時病蟲n級自然危害損失率Szn計算公式如下：

5 指數曲線與邏輯斯蒂曲線兩種計算自然危害損失率方法之比較

如果某病蟲5級自然危害損失率為40%，則4級自然危害損失率Sz4＝40%×24-5＝20%，3、2級自然危害損失率分別為10%、5%；如果5級自然危害損失率為20%，則4、3、2級自然危害損失率分別為10%、5%、2.5%，該病蟲3級發生水平接近防治閾值水平。

n級自然危害損失率Szn的兩種計算比較。設定邏輯斯蒂曲線與指數曲線兩者的Sz5和Sz3相等，進行曲線擬合。

Sz5＝40%時（Sz3＝10%），n級自然危害損失率Szn的邏輯斯蒂曲線計算公式：

Sz5＝30%時（Sz3＝7.5%），n級自然危害損失率Szn的邏輯斯蒂曲線計算公式：

Sz5＝20%時（Sz3＝5%），n級自然危害損失率Szn的邏輯斯蒂曲線計算公式：

式中參數a的值取決于病蟲的Sz5，參數b表示病蟲自然危害損失率的內稟增長能力，每個病蟲出現2個參數a和b，如果直接引用此公式會帶來巨量的計算，難以實用化。

Sz5＝40%時，n級自然危害損失率Szn指數曲線計算公式為Szn＝Sz5×2n-5。

2種計算方式的結果與圖示分別見表1和圖1。Sz5為30%和20%的2種計算結果與圖示分別見表2～3、圖2～3。

表1 Sz5＝40%、Sz3＝10%邏輯斯蒂曲線與指數曲線計算的自然危害損失率比較Table 1 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝40%、Sz3＝10%）

圖1 Sz5＝40%、Sz3＝10%邏輯斯蒂曲線與指數曲線計算的自然危害損失率比較Fig.1 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝40%、Sz3＝10%）

表2 Sz5＝30%、Sz3＝7.5%邏輯斯蒂與指數曲線計算的自然危害損失率比較Table 2 Comparison of natural loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝30%、Sz3＝7.5%）

圖2 Sz5＝30%、Sz3＝7.5%邏輯斯蒂曲線與指數曲線計算的自然危害損失率比較Fig.2 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝30%、Sz3＝7.5%）

表3 Sz5＝20%、Sz3＝5%邏輯斯蒂與指數曲線計算的自然危害損失率比較Table 3 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝20%、Sz3＝5%）

從表1～3，圖1～3可以看出，指數曲線與邏輯斯蒂曲線計算的1～5級自然危害損失率曲線高度吻合。采用指數曲線公式Szn＝Sz5×2n-5計算n級自然損失率Szn可大大簡化計算過程，也便于直觀理解。當病蟲發生程度達到歷史罕見的特大暴發水平時，自然危害損失率處于高水平，病蟲自然危害損失率處于邏輯斯蒂曲線后半段，如果這時將病蟲發生級別定義為6級代入公式Sz6＝Sz5×26-5進行計算會有明顯偏差，經綜合權衡計算對比平均后，可將發生級別定義為5.7級代入公式Sz5.7＝Sz5×25.7-5進行計算，會得到較準確的結果。

圖3 Sz5＝20%、Sz3＝5% 邏輯斯蒂與指數曲線計算的自然危害損失率比較Fig.3 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝20%、Sz3＝5%）

6 試驗驗證

2009-2014年，全國農業技術推廣服務中心在全國不同生態區域陸續安排了農作物重大病蟲草危害損失評估試驗工作，廣泛開展農作物病蟲草危害損失評估方法的探索和實踐。通過各地大量的試驗和會商，不斷完善和改進，最終決定在全國縣級范圍內征集了不同農作物病蟲5級發生水平時的一般平均自然損失率數據Sz5，并確定病蟲1～5級相鄰發生級別間自然危害損失率為倍率指數曲線關系。通過開發出的“農業有害生物危害損失測算系統”軟件，對6年來全國多省市水稻、小麥、玉米、油菜、棉花、馬鈴薯等多種農作物的病蟲危害損失評估試驗數據進行分析驗算，計算結果得到各試驗單位的普遍認可。

［1］劉松林，王春波，王壽倫.植物保護統計手冊［M］.北京：中國農業出版社，1996：235.

［2］全國農業技術推廣服務中心.主要農作物病蟲害測報技術規范應用手冊［M］.北京：中國農業出版社，2010.

［3］全國農業技術推廣服務中心.農作物有害生物測報技術手冊［M］.北京：中國農業出版社，2006：136.

［4］沈佐銳.昆蟲生態學及害蟲防治的生態學原理［M］.北京：中國農業大學出版社，2009：404.